CN104677826A - 一种高度校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高度校正系统及方法，包括：平移台，用于放置样品和/或校正物；面扫描传感器，用于获取样品表面的高度矩阵；镜头，用于接收预设高度下所述校正物的光信号和所述样品的光信号；光谱仪，用于通过狭缝收集所述镜头接收的所述校正物的光信号和所述样品的光信号；CCD，用于将所述光谱仪通过狭缝收集的所述校正物的光信号和所述样品的光信号分别转化为电信号，形成所述校正物的光谱检测信息和所述样品表面的光谱检测信息；处理器，用于根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息。本发明能够消除由于样品表面不平整造成的误差。

Description

一种高度校正系统及方法

技术领域

本发明涉及产品品质检测领域，尤其涉及一种高度校正系统及方法。

背景技术

光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面都发挥着极大的作用。由于目前单色仪可具有很宽的光谱范围(UV-IR)、高光谱分辨率(0.001nm)、自动波长扫描、完整电脑控制等功能，极易和其它周边设备配合为高性能自动测试系统。

光谱成像技术在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的。该技术属非点测量，每个像元可提取一条光谱曲线；且具有空间可识别性，特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样，可以对样品进行定性和定量分析。

但是在利用光谱成像技术对样品进行定量分析过程中，也伴随着仪器本身，样品形状及特性等造成的检测误差。这些误差虽然很小，但是在检测的过程中，累积误差也会造成定量分析的误差。由于检测样品表面的不平整，或是样品表面是曲面不是平面等原因，在光谱检测的过程中，不能保证样品的每个检测点都处在最佳的检测高度。因此，如何在后续的定量分析过程中，校正检测的光谱信息，消除检测小误差是光谱研究中的难点和重点。

发明内容

本发明提供一种高度校正系统及方法，以校正现有技术中由于样品表面不平整造成的检测误差。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高度校正系统，包括：

平移台，用于放置样品和/或校正物；

面扫描传感器，用于获取所述样品表面的高度矩阵；

镜头，用于接收预设高度下所述校正物的光信号和所述样品的光信号；

光谱仪，用于通过狭缝收集所述镜头接收的所述校正物的光信号和所述样品的光信号；

CCD，用于将所述光谱仪通过狭缝收集的所述校正物的光信号和所述样品的光信号分别转化为电信号，形成所述校正物的光谱检测信息和所述样品表面的光谱检测信息；

处理器，用于根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息。

进一步地，

所述校正物为白板。

进一步地，

所述白板为反射率>99％标准反射白板。

进一步地，

所述面扫描传感器与所述镜头高度相同且位于所述样品的同侧，所述面扫描传感器用于通过所述平移台移动所述样品以对所述样品表面进行线扫描，从而获取所述样品表面每个点到所述镜头的高度，形成高度矩阵。

进一步地，

所述预设高度为所述样品的最佳检测高度。

进一步地，

所述光信号为光反射信号。

进一步地，所述系统还包括：

载物台，置于所述平移台上，用于放置所述样品和/或校正物并调节其高度。

进一步地，所述处理器还用于：

根据所述预设高度H下校正物的光谱检测信息Y₀和所述样品表面的高度矩阵M，利用校正公式I＝f(s,w)将所述预设高度H下所述样品表面每一点的光谱检测信息均校正到所述预设高度H下，以获取所述样品表面的光谱校正信息，其中，s为根据所述样品表面的高度矩阵M获取的样品表面的点到所述镜头的距离，w为波段范围，f为所述样品表面的点到所述镜头的距离与光谱强度之间的关系，I为所述样品表面的点在波段范围w下的光谱强度。

另一方面，本发明还提供一种高度校正方法，包括：

获取样品表面的高度矩阵；

获取预设高度下校正物的光谱检测信息；

获取预设高度下样品表面的光谱检测信息，根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息。

进一步地，所述根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息包括：

根据所述预设高度H下校正物的光谱检测信息Y₀和所述样品表面的高度矩阵M，利用校正公式I＝f(s,w)将所述预设高度H下所述样品表面每一点的光谱检测信息均校正到所述预设高度H下，以获取所述样品表面的光谱校正信息，其中，s为根据所述样品表面的高度矩阵M获取的样品表面的点到所述镜头的距离，w为波段范围，f为所述样品表面的点到所述镜头的距离与光谱强度之间的关系，I为所述样品表面的点在波段范围w下的光谱强度。

在本发明提供的高度校正系统和方法中，能够通过预先扫描的样品表面高度矩阵对所获取的样品表面光谱检测信息进行校正，以避免样品表面不平整而造成的检测误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例高度校正系统的结构示意图；

图2是本发明实施例高度校正系统的镜头对样品表面进行扫描的示意图；

图3是本发明实施例高度校正系统所采集的光谱曲线示意图；

图4是本发明实施例高度校正方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明首先提供一种高度校正系统，参见图1，包括：

平移台7，用于放置样品6和/或校正物9；

面扫描传感器5，用于获取所述样品6表面的高度矩阵；

镜头4，用于接收预设高度下所述校正物9的光信号和所述样品6的光信号；

光谱仪3，用于通过狭缝收集所述镜头4接收的所述校正物9的光信号和所述样品6的光信号；

CCD2，用于将所述光谱仪3通过狭缝收集的所述校正物9的光信号和所述样品6的光信号分别转化为电信号，形成所述校正物9的光谱检测信息和所述样品6表面的光谱检测信息；

处理器1，用于根据预设高度下所述校正物9的光谱检测信息以及所述样品6表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品6表面的光谱检测信息校正为所述样品6表面的光谱校正信息。

其中，可选地，校正物9可以为白板；进一步地，可以为反射率>99％的标准反射白板。

可选地，面扫描传感器5可以与镜头4高度相同且位于样品6的同侧，面扫描传感器5可以用于通过平移台7移动样品6以对样品6表面进行线扫描，从而获取样品6表面每个点到镜头4的高度，形成高度矩阵。

可选地，预设高度可以为本发明实施例系统中样品6的最佳检测高度，根据系统的具体设置及样品的种类所决定。

可选地，镜头4所采集的样品6及校正物9的光信号可以为光反射信号。

可选地，参见图1，本发明实施例系统还可以包括：载物台8，置于平移台7上，用于放置样品6和/或校正物9并调节其高度。

可选地，处理器1还可以用于：根据预设高度H下校正物9的光谱检测信息Y₀和样品6表面的高度矩阵M，利用校正公式I＝f(s,w)将预设高度H下样品6表面每一点的光谱检测信息均校正到预设高度H下，以获取样品6表面的光谱校正信息，其中，s为根据样品6表面的高度矩阵M获取的样品6表面的点到镜头4的距离，w为波段范围，f为样品6表面的点到镜头4的距离与光谱强度之间的关系，I为样品6表面的点在波段范围w下的光谱强度。

其中，f的关系在“肉品质光谱检测中探头与样品距离对结果影响的校正”(《农业机械学报》，刘媛媛等)中已有详细论述：

其中，R_Ci(λ,d₀)为波长λ处第i样品在样品6表面的点到镜头4的距离为d₀时校正后的光谱强度，R_λ(i,d)为波长λ处第i样品在样品6表面的点到镜头4的距离为d时的光谱强度，P_λ(d)为根据检测系统所确定的最优拟合方程，拟合方程的自变量是样品在样品6表面的点到镜头4的实际距离，最优拟合方程由相关系数和均方根误差进行评价。本发明实施例中高度校正系统的具体工作原理为：

将校正物9，如反射率为>99％的标准白板置于预设高度(例如最佳检测高度)H下，利用镜头4、光谱仪3和CCD2采集校正物9的反射光光谱检测信息Y₀；将样品6置于预设高度下，利用与镜头4同一高度的面扫描传感器5通过移动平移台7以对样品6表面进行线扫描，获取样品6表面相对于镜头4的高度矩阵M；利用镜头4、光谱仪3和CCD2采集样品6的反射光光谱检测信息Y，参见图2；根据预设高度H下校正物9的光谱检测信息Y₀和样品6表面的高度矩阵M，利用校正公式I＝f(s,w)将预设高度H下样品6表面每一点的光谱检测信息均校正到预设高度H下，以获取样品6表面的光谱校正信息，其中，s为根据样品6表面的高度矩阵M获取的样品6表面的点到镜头4的距离，w为波段范围，f为样品6表面的点到镜头4的距离与光谱强度之间的关系，I为样品6表面的点在波段范围w下的光谱强度。

其中，样品表面的每一条光谱曲线s1，s2….sn,在不同的波段范围w下，对应到某个高度、某个波段下的光谱强度值I均不同。可以利用所得的高度矩阵M，得到样品表面每一点的高度，带入上述公式中以得到校正后每条光谱曲线每个波段范围下的光谱反射强度值I，参见图3。

本发明实施例还提供一种高度校正方法，参见图4，包括：

步骤401：获取样品表面的高度矩阵；

步骤402：获取预设高度下校正物的光谱检测信息；

步骤403：获取预设高度下样品表面的光谱检测信息，根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息。

其中，可选地，根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息可以包括：根据预设高度H下校正物9的光谱检测信息Y₀和样品6表面的高度矩阵M，利用校正公式I＝f(s,w)将预设高度H下样品6表面每一点的光谱检测信息均校正到预设高度H下，以获取样品6表面的光谱校正信息，其中，s为根据样品6表面的高度矩阵M获取的样品6表面的点到镜头4的距离，w为波段范围，f为样品6表面的点到镜头4的距离与光谱强度之间的关系，I为样品6表面的点在波段范围w下的光谱强度。

可见，在本发明实施例提供的高度校正系统和方法中，能够通过预先扫描的样品表面高度矩阵对所获取的样品表面光谱检测信息进行校正，以避免样品表面不平整而造成的检测误差。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高度校正系统，其特征在于，包括：

平移台，用于放置样品和/或校正物；

面扫描传感器，用于获取所述样品表面的高度矩阵；

镜头，用于接收预设高度下所述校正物的光信号和所述样品的光信号；

光谱仪，用于通过狭缝收集所述镜头接收的所述校正物的光信号和所述样品的光信号；

CCD，用于将所述光谱仪通过狭缝收集的所述校正物的光信号和所述样品的光信号分别转化为电信号，形成所述校正物的光谱检测信息和所述样品表面的光谱检测信息；

处理器，用于根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息。

2.根据权利要求1所述的光谱校正系统，其特征在于：

所述校正物为白板。

3.根据权利要求2所述的光谱校正系统，其特征在于：

所述白板为反射率>99％的标准反射白板。

4.根据权利要求1所述的光谱校正系统，其特征在于：

所述面扫描传感器与所述镜头高度相同且位于所述样品的同侧，所述面扫描传感器用于通过所述平移台移动所述样品以对所述样品表面进行线扫描，从而获取所述样品表面每个点到所述镜头的高度，形成高度矩阵。

5.根据权利要求1所述的光谱校正系统，其特征在于：

所述预设高度为所述样品的最佳检测高度。

6.根据权利要求1所述的光谱校正系统，其特征在于：

所述光信号为光反射信号。

7.根据权利要求1所述的光谱校正系统，其特征在于，所述系统还包括：

载物台，置于所述平移台上，用于放置所述样品和/或校正物并调节其高度。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的高度校正系统，其特征在于，所述处理器还用于：

根据所述预设高度H下校正物的光谱检测信息Y₀和所述样品表面的高度矩阵M，利用校正公式I＝f(s,w)将所述预设高度H下所述样品表面每一点的光谱检测信息均校正到所述预设高度H下，以获取所述样品表面的光谱校正信息，其中，s为根据所述样品表面的高度矩阵M获取的样品表面的点到所述镜头的距离，w为波段范围，f为所述样品表面的点到所述镜头的距离与光谱强度之间的关系，I为所述样品表面的点在波段范围w下的光谱强度。

9.一种高度校正方法，其特征在于，包括：

获取样品表面的高度矩阵；

获取预设高度下校正物的光谱检测信息；

获取预设高度下样品表面的光谱检测信息，根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息。

10.根据权利要求9所述的高度校正方法，其特征在于，所述根据预设高度下所述校正物的光谱检测信息以及所述样品表面的高度矩阵，将预设高度下所述样品表面的光谱检测信息校正为所述样品表面的光谱校正信息包括：

根据所述预设高度H下校正物的光谱检测信息Y₀和所述样品表面的高度矩阵M，利用校正公式I＝f(s,w)将所述预设高度H下所述样品表面每一点的光谱检测信息均校正到所述预设高度H下，以获取所述样品表面的光谱校正信息，其中，s为根据所述样品表面的高度矩阵M获取的样品表面的点到所述镜头的距离，w为波段范围，f为所述样品表面的点到所述镜头的距离与光谱强度之间的关系，I为所述样品表面的点在波段范围w下的光谱强度。